桁架節(jié)點是結(jié)構(gòu)工程中關(guān)鍵的連接部件,,其設計優(yōu)化對于提高結(jié)構(gòu)性能至關(guān)重要,。本教程將詳細解析桁架節(jié)點的詳圖,,包括節(jié)點類型,、尺寸標注,、材料要求和連接方式等關(guān)鍵信息,。通過案例分享,,我們將展示如何根據(jù)實際需求進行節(jié)點設計,,并探討如何利用現(xiàn)代設計軟件進行節(jié)點優(yōu)化,。我們還將討論節(jié)點設計的常見問題及解決方案,,幫助讀者更好地理解和掌握桁架節(jié)點的設計技巧。
一,、桁架節(jié)點的基本概念
桁架節(jié)點是桁架桿件間的結(jié)合點,,它是桁架結(jié)構(gòu)中力傳遞的關(guān)鍵部位,。在桁架結(jié)構(gòu)中,桿件主要承受軸向拉力或壓力,,這些力通過節(jié)點在桿件之間傳遞,。桁架節(jié)點根據(jù)桿件的連接方式、受力特性以及構(gòu)造形式等因素有多種類型,。
二,、常見桁架節(jié)點類型及解析
(一)三角形桁架節(jié)點
- 受力特點
- 在沿跨度均勻分布的節(jié)點荷載下,三角形桁架上下弦桿的軸力在端點處最大,,向跨中逐漸減少,;腹桿的軸力情況則相反。這種受力特性導致弦桿內(nèi)力差別較大,,材料消耗不夠合理,,但在瓦屋面的屋架中應用較多。
- 節(jié)點構(gòu)造
- 通常由直桿通過焊接,、鉚接或螺栓連接而成,。由于桿件內(nèi)力的分布特點,節(jié)點的設計要考慮在不同內(nèi)力情況下桿件的連接穩(wěn)固性,,保證力的有效傳遞,。
(二)梯形桁架節(jié)點
- 受力特點
- 與三角形桁架相比,梯形桁架桿件的受力情況有所改善,,在屋架中能更容易滿足某些工業(yè)廠房的工藝要求,。如果梯形桁架的上下弦平行(平行弦桁架),腹桿類型會大為減少,,不過桿件受力情況較梯形略差,,常用于橋梁和棧橋中。
- 節(jié)點構(gòu)造
- 節(jié)點連接方式同樣為焊接,、鉚接或螺栓連接,。在設計時,需要依據(jù)具體的受力大小和桿件布局,,合理確定節(jié)點的構(gòu)造形式,,以確保整個桁架結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。
(三)多邊形桁架(折線形桁架)節(jié)點
- 受力特點
- 上弦節(jié)點位于二次拋物線上,,上弦呈拱形可減少節(jié)間荷載產(chǎn)生的彎矩,,但制造較為復雜。其桿件軸力分布有自身特點,,節(jié)點的設計需要充分考慮這種特殊的受力分布情況,。
- 節(jié)點構(gòu)造
- 要根據(jù)拱形上弦的結(jié)構(gòu)特點以及軸力傳遞要求進行構(gòu)造設計。由于制造復雜性較高,節(jié)點構(gòu)造需要精心規(guī)劃,,以保證在復雜受力條件下節(jié)點的可靠性,。
(四)空腹桁架節(jié)點
- 受力特點
- 基本取用多邊形桁架的外形,,沒有斜腹桿,,僅以豎腹桿和上下弦連接。桿件軸力分布和多邊形桁架相似,,但在不對稱荷載作用下桿端彎矩值變化較大,,節(jié)點受力情況復雜。
- 節(jié)點構(gòu)造
- 節(jié)點設計要重點考慮在不對稱荷載下,,如何確保豎腹桿與上下弦的連接能夠有效傳遞力,,避免因彎矩變化大而導致節(jié)點失效。
三,、桁架交叉腹桿節(jié)點(以某碼頭工程為例)
- 工程背景與設計要求
- 在港口鋼結(jié)構(gòu)桁架棧橋工程中,,若跨度大、荷載大,,為滿足強度和剛度要求,,桁架腹桿須設計成交叉腹桿。例如某碼頭工程,,場地類別為Ⅲ類,,抗震設防烈度為VII度,設計基本地震動峰值加速度0.10g,,基本風壓0.4kN/m2,,棧橋跨度52米,棧橋面寬8.8米,,棧橋面荷載5kN/m2,,桁架腹桿采用交叉腹桿設計。
- 節(jié)點應力分析
- 建模與計算:采用大型通用有限元軟件ANSYS進行節(jié)點建模及計算分析,。腹桿采用4節(jié)點殼單元shell43(因為腹桿為薄壁結(jié)構(gòu),,此單元可很好考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性和材料彈塑性),腹桿材料為Q235B(彈性模量2.06E5Mpa,,泊松比0.3,,應力應變本構(gòu)關(guān)系遵從Mises隨動強化準則,H型鋼截面為H250×250×9×14),。選取節(jié)點處兩根腹桿分別受軸力1043kN(拉力),、985kN(壓力),換算拉應力和壓應力分別為113Mpa,、 - 107Mpa,。
- 應力分布特點:節(jié)點上應力最大為295Mpa,發(fā)生在節(jié)點核心處。節(jié)點處腹桿應力距離節(jié)點越近越大,。在受壓腹桿和受拉腹桿翼緣相交直角節(jié)點處,,鋼材處于雙向受力狀態(tài)(受拉、受壓同時受剪力作用),,此處Mises應力顯著增大,。
- 節(jié)點設計依據(jù)強度理論
- 對于碳鋼等塑性材料,通常以屈服形式失效,,宜采用第四強度理論,。按照該理論計算節(jié)點處不同受力狀態(tài)下的應力,并與有限元計算結(jié)果對比,,二者誤差較?。ㄈ缭谀骋挥嬎阒校碚撚嬎阒禐?08Mpa,,有限元值為105Mpa,,誤差2.8%;在翼緣交叉處,,理論計算值為190.55Mpa,,有限元計算值為195Mpa,誤差2.5%),,驗證節(jié)點設計的合理性,。





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